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乘着电子波

毕业生Fahad Mahmood及其同事展示了超导材料中的充电密度波

Denis Paiste. · 2015年12月10日 · 麻省理工学院新闻

超快激光技术有助于麻省理工学院物理研究生Fahad Mahmood及其同事在薄膜超导材料LSCO铜酸铜中形成电子形成电荷密度波。

“问题是这种波动的电荷密度波竞争或不干扰超导性,以及我们发现的是它实际上与超导性竞争,”Mahmood解释道。“对于非常短的时间的电子是在该电荷密度波状态下,并且在另一个时间尺度中,如果您采取另一个快照,则它们将处于超导状态。”

当导体中的电子密度以正弦图案分布时,发生电荷密度波,如水上的涟漪,而不是共同的均匀密度。

他说:“这是一种持续很短时间的波动秩序,平衡探测器无法探测到它。”利用超快光谱学,马哈茂德和2013年的合著者自然材料能够表明,对于极短的时间 - 最多约2个皮秒 - 在可以通过其幅度和相位测量的密度波聚集的电子。

“这是在那种情况下存在的特定材料存在的首次观察,并且我们能够与超导性如何进行一些连接,”Nuh Gedik.Lawrence C.(1944)和Sarah W. Biedenharn物理职业发展副教授。Gedik谈到了他的团队对拓扑绝缘体的研究材料日研讨会,10月14日在麻省理工学院克雷斯队礼堂。

马哈茂德在巴基斯坦长大,获得了斯坦福大学(Stanford University)的奖学金,在那里学习物理和航空工程。现在是Gedik的一名学生,他希望明年6月完成他的博士课程。

用光改变材料

2013年10月,由Mahmood的研究生Yihua Wang撰写,展示了强烈的激光,低于某种能量阈值,拓扑绝缘体等材料的夫妇。该耦合产生称为FLOQUET-BLOCH状态的混合状态,并且可以通过例如打开电子带隙来改变材料的性质。“我们已经能做的是在真实的材料系统中展示这种杂交,”Mahmood说。“这些基本上可以导致新的照片诱导的物质状态。”

继光驱动的杂化电子态之后,Mahmood一直试图了解这些态的寿命动力学,这些杂化态持续的时间长度,以及由此产生的材料特性。马哈茂德现在正在完成一篇关于这项工作的论文。Gedik说:“如果这项工作具有某种技术意义,那么它将变得非常重要。”

Mahmood通过角度分辨的光曝光光谱(ARPE)研究这些拓扑绝缘体,其捕获固体带结构的电影。“在每一个实体中,您有一个色散关系,它将电子的能量与其动量映射。如果我要说,'在坚固的内部,还有一个电子漫游,它具有这种特殊的动力。它是什么相应的能量?“用ARPES,我们实际上可以拍摄这种关系的样子。事实证明,在拓扑绝缘体中,对于表面,您具有线性分散体;这意味着能量和动量之间的关系是一条直线,“Mahmood解释道。

石墨烯,单层形式的碳,也具有线性分散体,Mahmood添加。“在石墨烯,特别是在拓扑绝缘体中,”他说,“你会注意到没有带隙,这意味着,我可以在每一个能量中都有一个电子。But what we essentially would like to do to make it into a device is to open up a gap in this dispersion, and so there will be regions of energy where there are no states, so electrons won’t be able to go to that point, and that acts sort of like an off-on, on-off switch.”

“在石墨烯或这些拓扑绝缘体中这样做的方式是我们提出的方式,”他继续,“我们闪耀着它,圆偏振光,我们可以实际上可以在这种分散关系中看到一个间隙开放,使用我们的光专员方法。“

在实验室之外,马赫穆德是麻省理工学院板球队的队长,该队曾是2014-2015年美国大学板球联赛(American College cricket league)的主客场冠军。他说:“这是一项很好的活动,可以让我保持忙碌,让我从研究中得到休息。”研究生毕业后,他想成为一名博士后,并对教学感兴趣。他的妻子玛吉(Maggie)是一名高中物理老师,两人在斯坦福大学(Stanford)相识。


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记者调查:miteimedia@mit.edu